关键词 超高压 变电站 控制系统DISCUSSION ON FUNCTIONS OF INTEGRATED CONTROL SYSTEM FOR 500 kV SUBSTATIONZhang Shaohua Ying JinghuaJinhua Electric Power BureauJinhua, 321001 ChinaABSTRACT A integrated control system f 500kV substation is put into operation in Shuanglong substation in Zhejiang, China since December 1997. The difference between integrated control system nmal control system is analyzed. The technical advantages of integrated control system used in ultra-voltage substations its existing problems are discussed. The development trend some suggestions on the improvement of integrated control system are put fward.KEY WORDS ultra-voltage; substation control system; protective relaying 随着计算机和信息技术的发展，超高压变电所取消常规控制，实现变电所计算机综合控制已成为现实。降低了变电所的综合造价，简化施工，方便运行、维护及检修，提高了安全性、可靠性和经济性。 500 kV双龙变电所是我国第一批完全采用计算机操作的变电所。本文通过分析该计算机控制系统近2年内的运行情况，对500 kV变电所计算机控制系统的功能提出了一些看法。1 变电所计算机控制系统功能的特点 500 kV双龙变为浙江电网中部地区的一座枢纽变电所。设计规模为500 kV线路10回，主变为3×750 MVA,采用1个半断路器接线, 共6个完整串；220 kV出线16回, 采用双母线分段带旁路母线接线方式,双旁路双分段, 双母联；35 kV电压等级采用单母线, 主要接无功补偿设备。1.1 双龙变电所计算机控制系统的配置和功能 双龙变电所计算机控制系统在结构设置上，符合IEC有关变电所控制的技术规范，系统结构分为间隔级、所级和控制级。所级及以下设备为西门子公司产品，所内监控系统由南瑞公司承担，并负责系统集成。根据不同电压等级，继电保护实行就近（地）保护，相对集中的方式，建立5个保护小室。在各个继保小室设立控制系统的所级控制设备，即采用5套所级设备，经规约转换后，采用计算机网络方式与控制级设备（即所内监控系统）组成计算机网络系统。 变电所计算机控制系统主要设备包括南瑞公司提供的由双主机、双人机工作站、主备通信机和双光纤以太网络设备组成的BSJ-2000监控系统，位于5个继保小室的控制设备为西门子公司提供的5套LSA678监控装置。整个系统技术上先进可靠，运行状况令人满意。 综合控制系统主要功能包括： . 模拟量、信号量（数字量）、脉冲量等数据采集和处理； . 控制操作和防误闭锁； . 与微机保护通信及信号处理； . 与三级调度中心的通信； . AVC（自动电压控制）功能； . 系统时钟及校对； . 与模拟屏的通信； . 断路器同期操作； . 运行管理和统计。1.2 控制系统的特点 与常规控制的超高压变电所相比，双龙变电所控制系统既保留了常规变电所的运行习惯，又强化了控制操作、信号处理，特别是对微机保护装置的信息处理方面的强化，增加了AVC自动控制功能，提高了操作的速度和可靠性，用实时数字量报表取代了人工抄表，具有许多技术上的优势和特点。 （1）防误闭锁采用双重化，具备间隔级8TK联锁和所控级计算机软件逻辑判断功能，达到二级操作防误闭锁功能。操作需口令授权，分间隔单元操作，经提示和确认方可操作。命令传输媒介为双光纤网络。 （2）采用所级和间隔级二层模拟光字牌方式，反映变电所内运行设备的异常和故障情况，能随机打印故障的性质和动作时间。 （3）微机保护装置内部信息处理和显示，且可远程调用。 （4）AVC功能具有多种设置方式。 （5）运行管理和统计功能。1.3 为实现设计功能所采取的技术措施 为保证信息采集正确、可靠，而采取的措施有： （1）对重要的信息采用双位置接点，并在软件和硬件上判断其合法性。 （2）对暂态变位信号，在人机界面用软件处理，采用自保持方式，不经人工确认信号不会消失。 （3）采用模拟光字牌代替常规光字牌，并按全所级和间隔级的分层模式显示，同时采用改变光字牌不同的显示方式来区别事故和预告信号。 （4）微机保护的动作信号，包括自诊断信号，经规约转换后主动上送所内监控系统。 （5）采用精度较高的I/O单元及变送器，测点的限值可方便设定，越限报警有在报警窗口上文字提示和人机界面上显示变色提示等多种手段。 为确保控制操作的安全、可靠而采取的措施有： （1）采用硬件闭锁控制系统。即使所级监控系统崩溃，还可在间隔层利用8TK实现完整的控制和防误操作。 （2）在所内监控系统中，采用逻辑判别软件，实现双重检测闭锁功能。 （3）用硬压板或软件，闭锁远方修改保护定值和通过通信方式从保护出口跳闸的可能性。 （4）所有计算机网络通信和设备间通信的媒介均采用光纤，以防止电磁干扰。 为保证变电所系统电压质量而采取的措施有：所内监控系统设立相对独立的AVC功能软件模块。AVC功能既可优先控制500 kV系统电压，也可优先控制220 kV系统电压。控制目标既可以是定值方式，也可以是曲线方式。有闭环自动调节、半闭环、L&C自动投切及开环指导4种调节方式，软件设计充分考虑了控制设备可能出现的异常和故障的自动闭锁。1.4 变电所计算机控制系统的主要功能及特点如表1所示。表1 500 kV双龙变电所计算机控制系统和常规变电所控制系统的功能比较 类型 系 统 功 能 常规变电站控制方式 双龙变电站控制方式 控制功能 1．倒闸操作防误闭锁系统 硬件（机械或电器闭锁） 两套独立的控制和闭锁系统（8TK和监控系统软件） 2．倒闸操作安全分析 人工判别 分析软件自动判别 3．开关操作 远方（手动） 远方（计算机操作，有提示，并需反复确认） 4．220、500 kV隔离开关操作 就地（手动） 远方（计算机操作，有提示，并需反复确认） 5．500 kV接地闸刀操作 就地（手动） 远方（计算机操作，有提示，并需反复确认） 6．主变分接头开关操作 远方（手动） 远方（计算机操作，有提示，并需反复确认） 7．所用变分头接开关操作 就地（手动） 远方（计算机操作，有提示，并需反复确认） 8．保护信号复归 就地（手动） 远方 监视部分 9．电压或潮流越限报警 无 有提示，且自动记录 10．系统接线及潮流显示 无 有，且详细 11．系统异常或事故时事件顺序记录（事件分辨率达1 ms） 无 有，明确提示且自动记录 12．事故及设备异常信息报警及自动记录 无 有，明确提示且自动记录 13．保护定值查询 就地 远方 14．保护自诊断及动作信息查询 就地 远方 远方通讯 15．与各级调度自动化系统通信 有 有 16．远方调取保护装置各类信息 无 有 17．远方修改保护定值及投退保护 无 有，但目前暂不使用 自动控制 18．电压自动控制AVC系统 无 有 19．系统时种同步（包括对保护装置内部时钟同步） 无 有 管理功能 20．各类日、月报表 人工抄表 自动生成和打印 21．电量平衡及旁路代线路（主边）电量统计报表 人工抄表 自动生成和打印 22．开关动作及事故跳闸次数自动统计、变压器分接头开关调档次数自动统计、电容器及电抗器投切次数自动统计、最大潮流及出现时间统计、电压合格率统计等 无 有 2 运行分析与评价2.1 系统运行技术指标 500 kV双龙变电所计算机控制系统自1997年12月19日与变电所同步投运，至今已运行20个月。运行表明，整个系统安全、稳定、可靠。在此期间，曾进行正式加入华东电网运行的技术功能测试和年度检修校验测试，测试结果表明各项功能和技术指标均达到设计要求。 变电所综合控制系统本期共采集遥信2467点、遥测413点、脉冲104点、遥控424点，比较全面完整地实现了对变电所的监控。 主要技术指标达到： （1）双机系统可用率大于99.98%； （2）CPU及网络负荷率：电力系统正常运行时，主机和操作员工作站小于40%，其它处理机小于35%；电力系统发生事故时，主机操作员工作站小于50%，其它处理机小于45%；光纤和以太网平均负荷率小于25%。 （3）CRT调用画面响应时间小于3 s （4）动态数据刷新时间小于5 s （5）控制命令从生成到输出的时间小于1 s （6）事件分辨率小于1 ms （7）报警发生到输出的时间小于1 s （8）主机数据库刷新周期小于1 s （9）综合测量误差小于0.5%2.2 控制系统投运的异常情况及处理对策 自该系统投入运行至今年6月底，共出现过36次异常情况，其中由于BSJ-2000监控系统软件不完善的异常有30次，占异常总数的83.3 %。主要异常情况原因及处理结果见表2。表2 500 kV双龙变电所计算机控制系统的异常及处理情况 序号 系统异常情况 出现次数 异常原因 处理情况及结果 1 Jhmain主机死机 1 未查清 重新起动后正常，至今未出现类似情况 2 Jhop1工作站死机 8 工作站原采用西文UNIX操作系统，而系统的画面缩放程序是在中文UNIX操作系统下开发的，西文UNIX操纵系统不支持画面缩放程序运行，故引起工作站的死机 将工作站改装中文UNIX操作，并对系统软件增加自诊断和自恢复功能后，再未出现死机现象 3 事件记录有时不能打印 6 双光纤以太网最大传输报文长度为60 kB，如1天内信息容量超过60 kB，打印便不能进行 对文件的存储方式及打印程序进行修改后再未出现异常 4 35 kV设备的部分运行信息不能登录到数据库中 3 根据西门子公司提供的技术资料双接点信号动作时间小于100 ms时，只上送“1→0”状态，而数据库定义为接收“0→1”态信息，导致上送“1→0”态信息不能登录 将定义从原来接收“0→1”态信息，改为接收“1→0”态信息后，系统再未出现信息丢失现象 5 在调阅500 kV保护定值时，引起2台工作站重起 1 由500kV 1号微机保护管理机程序运行异常和画面“Watch-dog”软件不匹配引起 修改“Watch-dog”软件后正常 6 综合控制系统时钟落后于GPS标准时钟20 s 3 时钟接收软件每10 s接收一次GPS信号，由于串口数据累积引起 修改时钟接收软件 7 华东总调接收COS信号速度较慢，需超过20s 处理前一直存在 控制系统原软件设计中，向华东总调传送信息时，因先发SOE报文，后发COS报文，故引起总调接收COS速度较慢 将通信管理机程序改为先发COS报文、后发SOE报文后，速度满足要求 8 综合控制系统一次接线图中个别开关及闸刀的状态和颜色与现场实际不符 7 因开关及闸刀的状态及颜色定义不正确 重新定义后与实际状态一致 9 500 kV中央闭锁单元8TK2故障发信 3 因该8TK2闭锁单元装置端子接触不良引起 紧固端子后正常 10 35 kV部分个别测量值不正确 1 因主单元AR板损坏 更换后正常 11 直流电流测量值不正确 1 因变送器损坏 更换后正常 12 220 kV 1号主单元个别信号不正确 1 因DE板损坏 更换后正常 2.3 双龙变电所计算机控制系统的优势 （1）采集信息准确齐全，十分有利于运行监视和事故的分析处理，投运以来发生过5次线路事故，计算机控制系统均能准确记录事故全过程。运行人员不需要抄录各种光字牌和动作信号，记录各种保护动作信号及打印保护动作报告，就能根据系统提供的信息，及时加以分析处理。 （2）控制快捷可靠，确保了变电所倒闸操作的安全。投运至今，该系统操作近2000次，正确率达到100%，而且操作速度快。表3列出了双龙变与常规500 kV变电所操作速度的比较情况。表3 500 kV双龙变电所与常规变电所倒闸操作时间比较 操作任务 常规变电所（兰亭） 常规变电所（瓶窑） 双龙变电所 时间/min 步骤 时间/min 步骤 时间/min 步骤 220 kV旁路开关代替某出线开关，该出线开关由运行改冷备用 42 28 51 35 34 27 220 kV旁路开关代替某出线开关，该出线开关由运行改检修 48 38 66 42 40 30 220 kV某出线由正母倒至副母运行 10 5 10 10 9 7 220 kV某出线由冷备用改副母运行 15 17 15 12 13 10 拉开50236闸刀，停用某出线远方跳闸 16 8 9 9 8 7 5012开关从运行改热备用 3 2 2 2 1 2 5031开关从热备用改冷备用 14 14 10 7 8 13 合计 148 112 163 117 113 96 每操作一步的平均时间 1．321 1．393 1．178 如不考虑继电保护的操作，在所内监控系统上进行一次设备操作时，每操作一个设备平均只需20 s。 （3）具有电压自动控制功能，对提高系统电压合格率、无功潮流优化起到积极作用。 （4）自行完成运行数据的采集、统计、打印，自动完成各类日、月负荷报表，全所电量平衡计算，电压合格率统计，开关动作次数及故障跳闸次数统计，主变有载调压开关调节次数统计等，并能够按运行工作需要，方便地自动生成各类统计报表。 （5）给变电所电气设备修试和消缺工作带来安全保障和方便。3 存在问题和解决问题措施的探讨 在国内尚无超高压变电所计算机控制系统成功运行经验情况下，作为首批实现变电所计算机控制系统的双龙变电所，经过近2年的运行表明，其各项技术指标和功能均达到了设计要求，在确保安全运行和提高运行质量方面具有常规变电所不可比拟的优势。但毕竟是首批试点，在运行中难免会出现一些问题。这些问题值得探讨，某些功能也需进一步优化： （1）运行可靠性需要进一步提高。双龙变投运后曾发生过“画面锁死”和个别工作站“死机”等现象。为此，对计算机控制系统的设备（包括运行软件）应加强监视和控制。 （2）监控范围需进一步扩大。目前还没有一次设备在线监测，没有远方图像监控等，整体自动化水平需进一步提高。 （3）还需进一步增加功能。目前二次设备投退切换操作，还需人工在保护小室进行。如解决远方投退微机保护，则运行更方便，操作效率更高； （4）监控系统开发要更贴近运行实际。如系统人机界面，特别是作图和制表工具不够友好，对历史数据的利用处理和开发尚无友好的平台，工作需求的统计功能尚不能完全实现，运行需要的一些功能（如操作票、事故处理指导等）与实际应用还有较大差距。 （5）变电所计算机控制系统要考虑智能化运行的需要。 （6）更多采用成熟的软件开发技术。如面向用户技术，更方便用户自行定义、修改、扩展程序，以及历史数据的二次开发利用，扩大通信功能等。 （7）网络信息报文传输方式，有待进一步优化。4 结束语 随着科学技术的发展，超高压变电所采用计算机综合控制系统是今后发展的必然趋向，功能更全面，全数字化、智能化的计算机专家管理系统必将使变电所安全、可靠运行提高到一个新水平。作者简介：张少华 男，1964年生，高级工程师，从事电力系统自动化工作。 应敬华 男，1947年生，总工程师，高级工程师，从事电力系统的专业技术和管理工作。作者单位：金华电业局, 321001 浙江金华
